KR101544079B1

KR101544079B1 - 연경성회로기판 제조방법

Info

Publication number: KR101544079B1
Application number: KR1020140100941A
Authority: KR
Inventors: 이충식; 김명종; 하재호
Original assignee: 대덕지디에스 주식회사
Priority date: 2014-08-06
Filing date: 2014-08-06
Publication date: 2015-08-12

Abstract

본 발명은 개구부가 형성된 커버레이를 연성베이스 필름 위에 적층함으로써, 열압착 라미네이션 과정에서 커버레이 위에 적층한 프리프레그로부터 레진이 흘러나와 커버레이에 형성된 개구부를 충진되도록 함으로써, 후속 PTH 동도금과정에서 동도금층과 접하는 PTH 내벽의 절연물질을 모두 프리프레그 또는 에폭시 레진으로 구성한다. 그 결과, 동도금층과 접하는 물질의 열팽창계수를 동(Cu)의 열팽창계수와 거의 비슷한 범위의 에폭시 계열의 수지로 함으로써, 가혹한 열적 스트레스 하에서도 물리적으로 변형되거나, 이로 인해 동도금층이 들뜨거나 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

Description

연경성회로기판 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING A RIGID-FLEXIBLE CIRCUIT BOARD}

본 발명은 연성회로부(flexible circuit board)와 경성회로부(rigid circuit board)를 하나로 일체화한 연경성회로기판(rigid-flexible circuit board)에 관한 것으로서, 특히 열적 신뢰성을 향상한 연경성회로기판 제조기술에 관한 것이다.

최근들어 구부려지거나 접어질 수 있어서 입체적 공간적 변형이 가능한 연경성회로기판이 스마트폰, 전장용 카메라 모듈, 웨어러블 디바이스 등에 적용되고 있다.

그런데, 연경성회로기판을 구성하는 동(cu)과 절연필름 등의 구성자재가 지니는 열팽창 및 수축의 비율이 서로 상이하므로, 열적 스트레스에 의해 기판이 팽창하였다가 수축할 때에 심각한 변형이 발생할 수 있으며, 이로 인해서 동박이 들뜨거나 동도금층에 크랙이 발생하는 등 제품불량이 이어질 수 있다.

자동차용 전자부품에 적용되는 연경성회로기판의 경우, 엔진 주변의 극고온 환경에서도 회로가 정상적으로 동작할 수 있어야 하므로, 극저온 또는 극고온의 혹독한 환경에서도 물리적 변형이 없어야 함은 물론이고 전기적 특성에 있어서 불량이 발생해서는 않된다. 따라서 극저온 또는 극고온의 혹독한 환경에서도 연경성회로기판의 신뢰성을 담보할 수 있는 구조 및 제조공법이 요구된다.

연경성회로기판의 열적 신뢰성을 검증하는 기준으로서, 제조된 연경성회로기판에 대해 -40℃에서 15분, 140℃에서 15분의 열적 스트레스(thermal stress)를 수백회 ~ 수천회 정도를 반복하여 인가한 후, 연경성회로기판의 결함발생 여부를 판단하는 신뢰성 테스트 방법이 생산현장에서 적용되고 있다.

도1은 종래기술에 따른 연경성회로기판에 열적 스트레스가 인가된 경우, PTH(plated through hole)의 동도금층 내벽에서 발생한 크랙(Cu crack) 불량을 나타낸 전자현미경 단면사진(SEM; scanning electron microscopy)이다.

물성적으로 폴리이미드를 베이스로 하는 커버레이(coverlay)의 열팽창계수가 수백 ~ 천 ppm/℃ 인 반면에, 동(Cu)의 열팽창계수가 10 ~ 20 ppm/℃ 정도이므로, 양자간의 열팽창계수가 서로 상당히 다르다. 또한, 커버레이의 유리전이온도(glass transition temperatue)가 80℃ 정도인 반면에, 동(Cu)의 분해온도(MP; melting point)는 400℃ 이상이다. 따라서, 고온의 열적 스트레스와 같은 가혹 조건하에서 유리전이상태에서의 커버레이 접착층(coverlay adhesive)의 부피팽창율이 동(Cu)의 부피팽창율보다 현저히 높아서, 결국 동도금층 계면의 동(Cu)이 들뜨거나 동에 크랙(crack)이 발생하는 것과 같은 불량이 발생한다.

1. 대한민국 특허공개 제10-2009-0105047호. 2. 대한민국 특허공개 제10-2005-0029904호.

본 발명의 제1 목적은 열적 신뢰성이 향상된 연경성회로기판 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 고온의 열적 스트레스에 대해서도 PTH의 도금부에 크랙이 발생하거나 도금부가 들뜨는 문제를 해결한 연경성회로기판 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 개구부가 형성된 커버레이를 연성베이스 필름 위에 적층함으로써, 열압착 라미네이션 과정에서 커버레이 위에 적층한 프리프레그로부터 레진이 흘러나와 커버레이에 형성된 개구부를 충진되도록 함으로써, 후속 PTH 동도금과정에서 동도금층과 접하는 PTH 내벽의 절연물질을 모두 프리프레그 또는 에폭시 레진으로 구성한다. 그 결과, 동도금층과 접하는 물질의 열팽창계수를 동(Cu)의 열팽창계수와 거의 비슷한 범위의 에폭시 계열의 수지로 함으로써, 가혹한 열적 스트레스 하에서도 물리적으로 변형되거나, 이로 인해 동도금층이 들뜨거나 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 발명은 PTH의 내벽을 구성하는 절연층들 모두를 프리프레그 및 레진 등, 동과 열팽창계수가 비슷한 범위를 지닌 자재로 구성하므로, PTH 내벽에 동도금층이 피복된 경우 동과 열팽창 및 수축률이 거의 비슷하다. 그 결과 고온의 열적 스트레스에 대해서도 회로기판에 불량이 발생하지 않는 특징이 있다. 또한, 본 발명의 경우 열압착 단계에서 프리프레그로부터 레진이 커버레이 개구부로 흘러들어가게 되므로 기판의 두께를 얇게 만들 수 있다.

도1은 종래기술에 따른 연경성회로기판의 PTH에서 발생하는 동 크랙 불량을 나타낸 전자현미경 단면사진.
도2a 내지 도2d는 본 발명에 따른 연경성회로기판을 제조하는 방법을 나타낸 도면.

본 발명은 회로기판을 제작하는 방법에 있어서, (a) 연성 베이스필름의 표면에 회로를 형성하는 단계; (b) 레이저 가공을 통해 커버레이에 개구부를 제작하되, 상기 개구부는 PTH를 형성할 부위에 대응하는 위치에 제작되고, 상기 개구부의 크기는 상기 PTH의 크기보다 더 크게 드릴가공하는 단계; (c) 상기 연성 베이스필름 위에 상기 가공된 커버레이를 피복하는 단계; (d) 상기 커버레이 위에 프리프레그와 동박을 차례로 적층하고, 가열가압 라미네이션을 진행해서 열압착함으로써, 상기 개구부 속으로 상기 프리프레그로부터 흘러나오는 레진이 충진되도록 하는 단계; (e) 선정된 위치에 CNC 드릴을 진행해서 PTH를 형성하는 단계; 및 (f) 동도금을 실시해서 PTH의 내벽과 동박표면에 동도금층을 형성하는 단계를 포함하는 회로기판 제조방법을 제공한다.

이하, 첨부도면 도2a 내지 도2d를 참조하여 본 발명에 따른 연경성회로기판 제조방법을 상세히 설명한다.

도2a를 참조하면, 연성 베이스필름(10)의 양 표면에 회로(도시 생략)를 형성하고 그 위에 커버레이(coverlay; 20)를 덮는다. 본 발명에 따른 연성 베이스필름(10)의 양호한 실시예로서 폴리이미드(polyimide)를 기재로 하는 FCCL(flexible copper clad laminate)을 사용할 수 있으며, 커버레이의 양호한 실시예로서 폴리이미드(PI)를 베이스로 한 에폭시 접착층 형성된 필름이 사용될 수 있다.

이하에서, 본 발명에 따른 회로기판의 도전회로를 형성하는 금속로서 동(Cu)을 위주로 설명하지만 반드시 동(Cu)에 국한할 필요는 없다. 동(Cu) 이외에도 철(Fe), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 이용할 수 있다.

도2a를 참조하면, 연성 베이스필름(10) 회로를 보호하기 위해 커버레이(20)를 그대로 덮는 종래기술과 달리, 본 발명은 PTH가 형성될 부위에 대응한 위치에 PTH의 사이즈보다 더 넓게, 커버레이(20)를 가공해서 개구부(21)를 형성한 후 연성 베이스필름(10) 위에 덮는 것을 특징으로 한다. 여기서, 커버레이(20)에 제작할 개구부(21)의 단면은 원형 형상 또는 정방형의 형상으로 할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예로서, 원형 도넛 형상 또는 정방형 도넛 형상으로 할 수 있다.

본 발명의 양호한 실시예로서, 레이저 가공을 통해서 커버레이(20)에 개구부(21)를 형성할 수 있다.

만일 PTH의 단면이 원형이고 지름이 W₂가 될 예정이라면, 원형 PTH가 제작될 중심 위치에 대응해서 원형 형상 또는 원형 도넛 형상의 개구부(21)를 레이저로 가공을 할 수 있으며, 이 때에 원형 형상의 지름 또는 원형 도넛 형상의 개구부(21)의 바깥지름의 크기를 W₁(W₂ ≤ W₁) 가 되도록 레이저로 식각해서 재단할 수 있다.

만일 PTH의 단면이 정방형이고 일변의 길이가 W₂가 될 예정이라면, PTH가 제작될 중심 위치에 대응해서 정방형 형상 또는 정방형 도넛 형상의 개구부(21)를 레이저로 가공을 할 수 있으며, 이 때에 정방형 형상의 개구부(21)의 일변의 길이 또는 정방형 도넛 형상의 개구부(21)의 바깥변의 길이를, W₁(W₂ ≤ W₁) 가 되도록 레이저로 식각해서 재단할 수 있다.

도2b를 참조하면, 레이저로 개구부(21)가 형성된 커버레이(20) 위에 프리프레그(30)와 동박(40)을 차례로 적층하고 가열가압 라미네이션을 진행한다. 이 때에, 프리프레그(30)가 열압착되면서 프리프레그(30)로부터 레진(resin)이 흘러나와 커버레이(20)의 개구부(21) 속으로 들어가서 개구부(21)를 레진으로 메꾸게 된다.

도2c를 참조하면, CNC 기계 드릴을 진행해서 폭이 W₂(W₂ ≤ W₁) 인 PTH(puch through hole; 45)를 형성한다. 이 때에, CNC 드릴과정에서 제거되는 부위는 커버레이 개구부(21)에 충진된 레진을 관통함에 유의한다. 그 결과, 도2c를 참조하면, PTH(45)가 지나는 홀과 접하는 물질은 프리프레그(30)와 커버레이(20) 개구부에 충진된 레진으로서, 후속공정에서 동도금이 형성될 경우 동의 열팽창계수와 비슷한 범위의 열팽창계수를 지니는 물질이 동도금층에 접하게 되는 것이다.

도2d를 참조하면, PTH(45)의 내벽에 대해 화학동, 전기동을 실시하여 동도금층(50)을 형성한다. 이미 앞서 언급한 바와 같이, 동도금층(50)과 접하는 물질은 프리프레그(30)와 커버레이(20) 개구부에 충진된 레진이므로, 열팽창계수의 차이가 발생하지 않으므로, 종래기술에서와 같이 동이 들뜨거나 크랙이 발생하지 않는다. 도2d를 참조하면, 커버레이(20)의 측면에는 폭이 (W₁ - W₂)/2 인 레진이 형성되어 있으며, 이 레진층 위에 PTH 동도금이 덮여 있음에 유의한다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개선하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술 될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용될 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 진화, 치환 및 변경이 가능하다.

본 발명은 열적 스트레스에 대해서도 견딜 수 있는 고신뢰성 연경성회로기판을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명은 자동차용 전장 또는 스마트폰과 같이 가혹한 환경하에서도 오동작 없이 작동할 수 있는 고신뢰성 제품에 응용될 수 있다.

10 : FCCL
20 : 커버레이
30 : 프리프레그
40 : 동박
45 : PTH

Claims

내층의 연성회로부(flexible circuit board) 위에 경성회로부(rigid circuit board)를 적층하여 외층을 형성하고, 상기 내층의 연성회로부와 외층의 경성회로부를 PTH로 연결한 회로기판을 제작하는 방법에 있어서,
(a) 연성(flexible) 베이스필름의 표면에 회로를 형성하는 단계;
(b) 상기 연성 베이스필름에 위에 피복할 커버레이(C/L)를 선택적으로 레이저 식각해서 개구부를 형성하되, 상기 개구부는 PTH를 형성할 부위에 대응하는 위치에 제작되고, 상기 개구부의 크기는 상기 PTH의 크기보다 더 크게 해서, 상기 PTH가 상기 개구부 속에 정렬되도록 가공하는 단계;
(c) 상기 단계 (a)에서 회로가 형성된 연성 베이스필름 위에 상기 단계 (b)에서 개구부가 가공된 커버레이와, 프리프레그와 동박을 차례로 적층하는 단계;
(d) 상기 단계 (c)의 적층단계 후, 가열가압 라미네이션을 진행해서 열압착함으로써, 내층의 연성회로부를 피복하고 있는 커버레이 개구부 속으로 상기 프리프레그로부터 흘러나오는 레진이 충진되도록 하는 단계;
(e) 상기 레진이 충전된 개구부를 관통하도록 CNC 드릴을 진행해서, PTH 내벽에 커버레이 층이 노출되지 않도록 하는 단계; 및
(f) 동도금을 실시해서 PTH의 내벽과 동박표면에 동도금층을 형성하여 내층의 회로와 외층의 동박을 서로 연결하는 단계
를 포함하는 회로기판 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 개구부의 단면은 지름이 W₁인 원형 형상 또는 바깥지름이 W₁인 원형 도넛 형상을 지니고, 상기 PTH의 직경 W₂는 W₂ ≤ W₁ 인 것을 특징으로 하는 회로기판 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 개구부의 단면은 일변의 길이가 W₁인 정방형 형상 또는 바깥변의 길이가 W₁인 정방형 도넛 형상을 지니고, 상기 PTH의 직경 또는 일변의 길이는 W₂는 W₂ ≤ W₁ 인 것을 특징으로 하는 회로기판 제조방법.